На правах рукописи

Индыло Сергей Васильевич

Разработка Методики прогноза выбросоопасности и управления газодинамическим режимом призабойного массива при проведении подготовительных выработок.

Специальность: 25.00.20 Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика

и горная теплофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте проблем комплексного освоения недр РАН

Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное предприятие Национальный научный центр горного производства - Институт горного дела им. А.А. Скочинского.

Защита состоится л_______ _______________2008 г. в _____ часов на заседании диссертационного совета Д 002.074.02 в Учреждении Российской академии наук - Институте проблем комплексного освоения недр РАН (УРАН ИПКОН РАН) по адресу: 111020, Москва, Крюковский тупик, 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УРАН ИПКОН РАН

Автореферат разослан л____ _______________2008 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Разработка газоносных и выборосоопасных угольных пластов сопровождается различного вида газопроявлениями: от обычных при выемке угля и проходке с помощью комбайнов, стругов, БВР и др. до аварийных в форме газодинамических явлений (ГДЯ). Масштабы этих проявлений (объемы разрушенного и выброшенного угля и выделившегося газа, дальность отброса) зависят от целого ряда природных и технологических факторов: газоносности, прочности, структуры и мощности угольных пластов и вмещающих пород, времени между производственными циклами по проходке и выемке угля, а также глубины их разработки и уровня энергетического воздействия на призабойный массив. Концентрация метана в шахтной атмосфере часто лимитирует скорости проведения подготовительных выработок и нагрузки на очистной забой (газовый фактор). Нередко проведение горных выработок по газоносным пластам приводит к загазированию и взрывам газа и пыли, иногда с катастрофическими последствиями.

За последние 10 лет на шахтах РФ при проведении подготовительных выработок произошло более 120 ГДЯ с выделением более 50м3 метана на 1 тонну разрушенного угля.

Из выше изложенного следует, что проблема прогноза и управления газодинамическим режимом призабойного массива при разработке газоносных и выбросоопасных шахтопластов, с использованием буровзрывных способов проведения выработок, является весьма актуальной, особенно на пластах малой и средней мощности.

Цель диссертационной работы. Разработка методики прогноза выбросоопасных зон и управления газодинамическими режимами призабойного углепородного массива, позволяющей повысить безопасность и эффективность проведения подготовительных выработок по газоносным и выбросоопасным угольным пластам.

Идея работы заключается в установлении закономерностей изменения объемов газовыделения и разрушенного угля от природных и технологических факторов и разработке на этой основе критериев прогноза выбросоопасности и управления газодинамическим режимом призабойного углепородного массива.

Задачи исследований:

• обосновать возможность использования выделяющегося объема газа по данным аппаратуры аэрогазового контроля в качестве универсальной характеристики оценки изменения газодинамического состояния выбросоопасного призабойного углепородного массива, учитывающей природные и технологические факторы;
• установить закономерности изменения объемов газовыделения и разрушенного угля от природных и технологических факторов;
• разработать методику определения максимальной концентрации метана в призабойной рудничной атмосфере по данным аппаратуры контроля метана, при превышении 2,5%;
• уточнить методику прогноза газообильности подготовительных забоев по данным аппаратуры контроля метана;
• разработать прогнозные критерии безопасных технологических параметров проведения подготовительных выработок;
• разработать рекомендации по снижению выбросоопасности призабойного углепородного массива и управлению газовыделением.

Методы исследований

Анализ ранее выполненных исследований по вопросам теории, прогноза и предотвращения ГДЯ и управления газовыделением, экспериментальные шахтные исследования в различных горно-геологических условиях газодинамического режима призабойного газоносного и выбросоопасного углепородного массива, привлечение методов математической статистики и теории вероятностей для обработки экспериментальных данных, проверка установленных зависимостей и критериев в шахтных условиях при проходке горных выработок.

Основные научные положения, выносимые на защиту

• в качестве универсальных характеристик прогноза изменения газодинамического состояния и выбросоопасности призабойного углепородного массива могут использоваться эмпирические зависимости объемов газовыделения от массы разрушенного (выброшенного) угля, полученные в конкретных горно-геологических условиях;
• фактический объем газовыделения при циклах проходки с достаточной для прогноза выбросоопасности точностью определяется по данным аппаратуры аэрогазового контроля (особенно при превышении предела 2.5%) и дебита воздуха по разработанной методике расчета максимальной концентрации метана;
• при превышении паспортных показателей в 1,5-2,0 раза в качестве критериев оценки техногенных последствий газодинамических явлений при проходке подготовительных выработок по выбросоопасным угольным пластам следует использовать объемы газовыделения и массы разрушенного угля, рассчитанные по установленным эмпирическим зависимостям;
• уточненная методика прогноза газообильности подготовительных выработок по данным аппаратуры аэрогазового контроля позволяет получать количественную оценку объема метана, который может выделиться в подготовительную выработку, и заблаговременно планировать профилактические противовыбросные мероприятия.

Научное значение и новизна работы.

• установлены эмпирические зависимости объема газовыделения от массы разрушенного (выброшенного) угля для различных горно-геологических условиях проведения подготовительных выработок;
• разработана методика определения максимальной концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля при превышении предела в 2.5%;
• определены и статистически обоснованы критерии оценки техногенных последствий ГДЯ;
• уточнена методика прогноза газообильности подготовительных забоев по данным аппаратуры аэрогазового контроля.

ичный вклад автора диссертации заключается в анализе и обобщении результатов ранее выполненных исследований по вопросам управления газовыделением при проведении горных выработок, определении цели и постановке задач исследования, в разработке методики исследований, в организации, руководстве и личном участии в проведении и обработке результатов шахтных экспериментов, в разработке и внедрении рекомендаций по снижению выбросоопасности призабойного углепородного массива и управлению газовыделением при проведении горных выработок.

Обоснованность и достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается:

• соответствием выводов и рекомендаций современным представлением о причинах и механизме газодинамических явлений;

• высокой статистической оценкой тесноты связей, установленных зависимостей;
• представительным объемом шахтных экспериментов, охватывающих тысячи циклов проходки, в 19 подготовительных забоях 5-ти шахт, с общим подвиганием более 3300 метров;
• доверительной вероятностью установленных критериев с надежностью более 0.95;
• положительными результатами шахтных испытаний.

Практическая ценность результатов исследований заключается в:

• установлении критериев оценки техногенных последствий ГДЯ на основе полученных эмпирических зависимостей объема газовыделения и массы разрушенного (выброшенного) угля;
• разработке методики определения максимальной концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля, при превышении предела в 2.5%.

• уточнении методики прогноза газообильности подготовительных забоев по данным аппаратуры аэрогазового контроля;
• разработке и внедрении рекомендаций по снижению выбросоопасности и управлению газовыделением при проведении горных выработок.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на научном семинаре Отделения рудничной аэрологии (2001 г) и ученом совете НН - ГП - ИГД им. А.А. Скочинского; на региональной секции комиссии по борьбе с внезапными выбросами по Восточному Донбассу (2001 г.), на научных симпозиумах Неделя горняка МГГУ (2002-2007 г.г.). На НТС ЗАО УК Гуковуголь (2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ в издательствах, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложена на 126 страницах машинописного текста, включает 35 рисунков, 24 таблицы и список литературы из 96 наименований.

Основное содержание работы.

В первой главе представлен обзор горно-геологических условий разработки выбросоопасных угольных шахтопластов в основных месторождениях Российской Федерации и Донецко-Гундаревского района Восточного Донбасса. Дан анализ применяемых способов прогноза и предотвращения газодинамических явлений. Приведена формулировка задач научных исследований.

Основополагающий вклад в развитие теории и практики разработки газоносных угольных пластов, опасных по газодинамическим явлениям, внесли академик А.А. Скочинский, профессора Г.Д. Лидин, А.С. Авершин, В.В. Ходот, Л.Н. Быков, А.М. Карпов, И.В. Бобров, И.М. Печук, их ученики и последователи.

За научно-методическую основу исследований, выполненных в диссертационной работе, приняты положения, разработанные А.А. Скочинским о том, что выбросоопасность угольных шахтопластов обусловлена комплексным взаимодействием горного давления, содержащегося в угле газа, физико-механических характеристик и структуры угля, законов гравитации (на пластах крутого падения).

К настоящему времени на шахтах основных угольных месторождений мира произошло более 30000 внезапных выбросов угля и газа, начиная с глубины 60 м и более от поверхности.

На шахтах Российской Федерации впервые внезапные выбросы угля и газа зарегистрированы: в Сучанском месторождении (Приморье) в 1927 году, в Кузбассе - 1943 год, Егоршино - 1944 год, Воркута - 1950 год, Восточный Донбасс - 1958 год.

Первое внезапное самопроизвольное разрушение угля в Восточном Донбассе произошло 5 марта 1958 года в забое откаточного штрека №102, пласта К2н Лисий шахты Западная ОАО Гуковуголь на горизонте 325 м. С этого периода на шахтах района зарегистрировано 182 газодинамических явления.

Распределение ГДЯ по видам и шахтам ОАО Гуковуголь, приведена в табл. 1, а горно-геологическая характеристика шахтопластов, склонных к газодинамическим явлениям в табл. 2.

Таблица 1. Газодинамические явления, произошедшие на шахтах ОАО Гуковуголь до 01.2007 г.

Шахта	Пласт	Внезапные выбросы	Выбросы при сотрясательном взрывании	Внезапный отжим с повышенным газовыделением	Внезапные высыпания с повышенным газовыделением	Внезапные выдавливания с повышенным газовыделением	Всего газодинамических явлений
Западная	К2Н	5	2	1	1	-	9
i3	11	1	-	-	13	25
Центральная	i3	16	17	-	2	17	52
i2	1	49	-	-	13	63
Изваринская	К2Н	5	-	-	1	1	7    Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по разным специальностям